Классификация узлов и панелей планера самолета кратко

Обновлено: 30.06.2024

Мечта о покорении воздушного пространства человеком отображается в легендах и преданиях практически всех народов населяющих Землю. Первые документальные свидетельства попыток человека поднять в воздух летательный аппарат относятся к первому тысячелетию до нашей эры. Тысячи лет попыток, труда и размышлений привело к полноценному воздухоплаванию только в конце 18 века, вернее к его развитию. Сначала появились монгольфьер, а следом и шарльер. Это два вида летательного аппарата легче воздуха — аэростата, в дальнейшем развитие аэростатной техники привело к созданию — дирижаблей. А на смену этим воздушным левиафанам пришли и аппараты тяжелее воздуха.

Примерно в 400 году до н. э. в Китае массово стали применяться воздушные змеи не только для развлечения, но и в сугубо военных целей, в качестве средства сигнализации. Этот аппарат уже можно охарактеризовать как устройство тяжелее воздуха, имеющее жесткую конструкцию и использующее для поддержания в воздухе аэродинамическую подъемную силу набегающего потока за счет струйных воздушных течений.

Классификация летательных аппаратов

Летательный аппарат — это какое-либо техническое устройство, которое предназначается для полетов в воздушном или космическом пространстве. В общей классификации различают аппараты легче воздуха, тяжелее воздуха и космические. В последнее время все более широко развивается направления конструирования смежных аппаратов, особенно создания гибрида воздушно — космического аппарата.

по принципу действия (полета);
по принципу управления;
по предназначению и сферам применения;
по типу двигателей, установленных на ЛА;
по конструктивным особенностям, касающимся фюзеляжа, крыльев, оперения и шасси.

Кратко о летательных аппаратах.

1. воздухоплавательные ЛА. Считаются летательные аппараты легче воздуха. Воздушная оболочка наполнена легким газом. К ним относятся дирижабли, аэростаты и гибридные ЛА. Вся конструкция данного типа аппаратов всецело остается тяжелее воздуха, но из за разности плотностей газовых масс в и вне оболочки, создается разность давлений и как итог — выталкивающая сила, так называемая сила Архимеда.

3. космические ЛА. Эти аппараты созданные специально для работы в безвоздушном пространстве с ничтожной гравитацией, а так же для преодоления силы притяжения небесных тел, для выхода в космическое пространство. К их числу относятся спутники, космические корабли, орбитальные станции, ракеты. Перемещение и подъемная сила создается за счет реактивной тяги, путем отбрасывания части массы аппарата. Рабочее тело так же образуется благодаря преобразованию внутренней массы аппарата, которая до начала полета еще состоит из окислителя и топлива.

Самые распространенные летательные аппараты — это самолеты. При классификации они подразделяются по многим признакам:

имеющие одновинтовую схему, которая предполагает наличие дополнительного рулевого винта;
соосная схема — когда два несущих винта находятся на одной оси друг над другом и вращаются в разные стороны;
продольная — это когда несущие винты находятся на оси движения друг за другом;
поперечная — винты располагаются по бокам от фюзеляжа вертолета.

1,5 — поперечная схема, 2 — продольная схема, 3 — одновинтовая схема, 4 — соосная схема

для пассажирских перевозок;
для боевого применения;
для применения в качестве транспортных средств при перевозке грузов различного назначения;
для различных сельскохозяйственных нужд;
для потребностей медицинского обеспечения и поисково-спасательных работ;
для применения в качестве воздушно-крановых устройств.

Краткая история авиации и воздухоплавания

Люди, серьезно занимающиеся историей создания летательных аппаратов, определяют, что какое-то устройство является ЛА, в первую очередь исходя из способности подобного агрегата поднять человека в воздух.

В конце первого тысячелетия нашей эры на территории мусульманской Испании арабский ученый Аббас ибн Фарнас сконструировал и построил деревянный каркас с крыльями, который имел подобие органов управления полетом. Он смог взлететь на этом прообразе дельтаплана с вершины небольшого холма, продержаться в воздухе около десяти минут и вернуться к месту старта.

1475 год — первыми серьезными с научной точки зрения чертежами летательных аппаратов и парашюта считаются эскизы сделанные Леонардо да Винчи.

1783 год — совершен первый полет с людьми на воздушном аэростате Монгольфье, в этом же году в воздух поднимается аэростат с гелиевым наполнением шара и выполняется первый прыжок с парашютом.

1852 год — первый дирижабль с паровым двигателем выполнил успешный полет с возвращением в точку старта.

1853 год — в воздух поднялся планер с человеком на борту.

1881 — 1885 года — профессор Можайский получает патент, строит и испытывает самолет с паровыми двигателями.

1900 год — построен первый дирижабль Цеппелина с жесткой конструкцией.

1903 год — братья Райт выполняют первые реально управляемые полеты на самолетах с поршневым двигателем.

1905 год — создана Международная авиационная федерация (ФАИ).

1909 год — созданный год назад Всероссийский аэроклуб вступает в ФАИ.

1910 год — с водной поверхности поднялся первый гидросамолет, в 1915 году русский конструктор Григорович дает старт летающей лодке М-5.

1918 год, декабрь — организован ЦАГИ, который возглавил профессор Жуковский. Этот институт многие десятилетия будет определять направления развития российской и мировой авиационной техники.

1925 год — совершает полет АНТ-4, двухдвигательный цельнометаллический самолет-бомбардировщик.

1928 год — принят к серийному производству легендарный учебный самолет У-2, на котором будет подготовлено не одно поколение выдающихся советских летчиков.

В конце двадцатых годов был сконструирован и успешно испытан первый советский автожир — винтокрылый летательный аппарат.

Тридцатые годы прошлого века — это период различных мировых рекордов установленных на ЛА разного типа.

1946 год — в гражданской авиации появляются первые вертолеты.

В 1948 году рождается советская реактивная авиация — самолеты МиГ-15 и Ил-28, в этом же году появляется первый турбовинтовой самолет. Через год в серийное производство запускается МиГ-17.

Вплоть до середины сороковых годов XX столетия основным строительным материалом для ЛА были дерево и ткань. Но уже в первые годы второй мировой войны на смену деревянным конструкциям приходят цельнометаллические конструкции из дюралюминия.

Конструкция самолета

У всех летательных аппаратов есть схожие конструкционные элементы. Для воздушных аппаратов легче воздуха — одни, для аппаратов тяжелее воздуха — другие, для космических — третьи. Самая развитая и многочисленная ветка летательных аппаратов — это устройства тяжелее воздуха для полетов в атмосфере Земли. Для всех летательных аппаратов тяжелее воздуха есть основные общие черты, так как все аэродинамическое воздухоплавание и дальнейшие полеты в космос исходили с самой первой конструктивной схемы — схемы аэроплана, самолета по другому.

Конструкция такого ЛА как самолет, независимо от его типа или предназначения, имеет ряд общих элементов, обязательных для того, чтобы это устройство могло летать. Классическая схема выглядит следующим образом.

Планер самолета.

Этим термином называют цельную конструкцию, состоящую из фюзеляжа, крыльев и хвостового оперения. На самом деле — это отдельные элементы, имеющие разные функции.

а) Фюзеляж — это основная силовая конструкция самолета, к которой крепятся крылья, хвостовое оперение, двигатели и взлетно-посадочные устройства.

Корпус фюзеляжа собранный по классической схеме состоит из:
— носовой части;
— центральной или несущей части;
— хвостовой части.

В носовой части этой конструкции, как правило, располагается радиолокационное и радиоэлектронное самолетное оборудование и кабина экипажа.

Центральная часть несет основную силовую нагрузку, к ней крепятся крылья самолета. Кроме того, в ней располагаются основные топливные баки, проложены центральные электрические, топливные, гидравлические и механические магистрали. В зависимости от предназначения ЛА внутри центральной части фюзеляжа могут располагаться салон для перевозки пассажиров, транспортный отсек для размещения перевозимых грузов или отсек для размещения бомбового и ракетного вооружения. Возможны также варианты для топливозаправщиков, самолетов разведчиков или других специальных ЛА.

Хвостовая часть имеет также мощную силовую конструкцию, так как она предназначена для крепления к ней хвостового оперения. В некоторых модификациях самолетов на ней располагаются двигатели, а у бомбардировщиков типа ИЛ-28, ТУ-16 или ТУ-95 в этой части может располагаться кабина воздушного стрелка с пушками.

С целью уменьшения сопротивления трения фюзеляжа о набегающий воздушный поток выбирается оптимальная форма фюзеляжа с заостренными носом и хвостом.

Учитывая большие нагрузки на эту часть конструкции во время полета, он выполняется цельнометаллическим из металлических элементов по жесткой схеме. Основным материалом при изготовлении этих элементов является дюралюминий.

Основными элементами конструкции фюзеляжа являются:
— стрингеры — обеспечивающие жесткость в продольном отношении;
— лонжероны — обеспечивающие жесткость конструкции в поперечном отношении;
— шпангоуты — металлические элементы швеллерного типа, имеющие вид замкнутой рамы разного сечения, скрепляющие стрингеры и элероны в заданную форму фюзеляжа;
— внешняя обшивка — заранее заготовленные по форме фюзеляжа металлические листы из дюралюминия или композиционных материалов, которые крепятся на стрингеры, лонжероны или шпангоуты в зависимости от конструкции ЛА.

В зависимости от заданной конструкторами формы фюзеляж может создавать подъемную силу от двадцати до сорока процентов всей подъемной силы ЛА.

Подъемная сила, за счет которой ЛА тяжелее воздуха держится в атмосфере — это реально существующая физическая сила, образующаяся при обтекании набегающим воздушным потоком крыла, фюзеляжа и других элементов конструкции ЛА.

Подъемная сила прямо пропорциональна плотности среды, в которой образуется воздушный поток, квадрату скорости с которым движется ЛА и углу атаки, который образуют крыло и другие элементы относительно набегающего потока. Она также пропорциональна площади ЛА.

Самое простое и популярное объяснение возникновения подъемной силы это образование разницы давлений в нижней и верхней части поверхности.

б) Крыло самолета — это конструкция имеющая несущую поверхность для образования подъемной силы. В зависимости от типа самолета крыло может быть:
— прямым;
— стреловидным;
— треугольным;
— трапециевидным;
— с обратной стреловидностью;
— с переменной стреловидностью.

Крыло имеет центроплан, а также левую и правую полуплоскости, еще их можно называть консолями. В случае, если фюзеляж выполнен в виде несущей поверхности как у самолета типа Су-27, то имеются только левая и правая полуплоскости.

По количеству крыльев могут быть монопланы (это основная конструкция современных самолетов) и бипланы (примером может служить Ан-2) или трипланы.

К крылу крепится механизация, обеспечивающая управление самолетом — это элероны с триммерами, а также имеющая отношение к взлетно-посадочным устройствам — это закрылки и предкрылки. Закрылки после их выпуска увеличивают площадь крыла, изменяют его форму, увеличивая возможный угол атаки на малой скорости и обеспечивают увеличение подъемной силы на режимах взлета и посадки. Предкрылки — это устройства для выравнивания воздушного потока и недопущения завихрений и срыва струи на больших углах атаки и малых скоростях. Кроме того, на крыле могут интерцепторы-элероны — для улучшения управляемости ЛА и интерцепторы-спойлеры — как дополнительная механизация уменьшающая подъемную силу и тормозящая ЛА в полете.

Подвижные элементы крыла

Внутри крыла могут размещаться топливные баки, например как у самолета МиГ-25. В законцовках крыла располагаются сигнальные огни.

в) Хвостовое оперение.

К хвостовой части фюзеляжа самолета крепятся два горизонтальных стабилизатора — это горизонтальное оперение и вертикальный киль — это вертикальное оперение. Эти элементы конструкции ЛА обеспечивают стабилизацию самолета в полете. Конструктивно они выполнены также как и крылья, только имеют значительно меньший размер. К горизонтальным стабилизаторам крепятся рули высоты, а к килю — руль поворота.

Взлетно-посадочные устройства.

а) Шасси — основное устройство относящиеся к этой категории.

Стойка шасси. Задняя тележка

Шасси самолета — это специальные опоры предназначенные для взлета, посадки, руления и стоянки ЛА.

Конструкция их достаточно проста и включает стойку с амортизаторами или без них, систему опор и рычагов обеспечивающих устойчивое положение стойки в выпущенном положении и быструю уборку ее после взлета. Также имеются колеса, поплавки или лыжи в зависимости от типа самолета и взлетно-посадочной поверхности.

В зависимости от расположения на планере возможны различные схемы:
— шасси с передней стойкой (основная схема для современных самолетов);
— шасси с двумя основными стойками и хвостовой опорой (примером может служить Ли-2 и Ан-2, в настоящее время практически не применяется);
— велосипедное шасси (такое шасси установлено на самолете Як-28);
— шасси с передней стойкой и выпускающейся при посадке задней штангой с колесиком.

Самой распространенной схемой для современных самолетов является шасси с передней стойкой и двумя основными. На очень тяжелых машинах основные стойки имеют многоколесные тележки.

б) Тормозная система. Торможение самолета после посадки осуществляется с помощью тормозов в колесах, спойлеров-интерцептеров, тормозных парашютов и реверса двигателей.

Двигательные силовые установки.

Они предназначены для придания самолету необходимой скорости, достаточной для взлета, выполнения требуемых задач в полете и посадки ЛА. Современные двигатели подразделяются на:
— поршневые;
— турбовинтовые;
— турбореактивные.

Самолетные двигатели могут размещаться в фюзеляже, подвешены на крыльях с помощью пилонов или размещены в хвостовой части самолета.

11.2. Конструктивно-силовые схемы агрегатов планера самолета

Как уже отмечалось, состав конструктивно-силовых элементов, обеспечивающих требуемую прочность и жесткость конструкции, схему их расположения и взаимосвязи, принято называть конструктивно-силовой схемой

(КСС) агрегата.
Основные силовые элементы
конструкции (обшивка, стрингеры, лонжероны, стенки, нервюры, шпангоуты) обеспечивают прочность и жесткость конструкции агрегатов планера самолета при действии силовых факторов — изгиба, сдвига, кручения.

Рис. 11.9. Классификация КСС агрегатов планера

Вспомогательные (неосновные) силовые элементы
служат для соединения, стыковки и местного усиления основных элементов и передачи на них местных нагрузок. К ним относятся узлы стыка, кронштейны навески рулевых поверхностей, приборные рамы, соединительные детали установки оборудования и грузов —
фитинги
(англ.
fitting
от
fit
— прилаживать, монтировать, собирать) и т. д. КСС
агрегатов планера принято классифицировать (рис. 11.9) по типу силовых элементов, воспринимающих изгибающий момент
, который является определяющим среди силовых факторов. Масса конструктивных элементов, участвующих в работе на изгиб, составляет основную часть массы силовой конструкции. В
ферменныхКСС
продольные и поперечные силовые элементы (
плоские фермы
) в соединении образуют
пространственную ферму
, воспринимающую все силовые факторы, в том числе и изгибающий и крутящий моменты. Элементы фермы работают на растяжение-сжатие.
Обшивка
в конструкциях с ферменной КСС чаще всего
несиловая
, т. е. не участвует в работе на изгиб и кручение, а служит только для формирования обводов агрегата и передачи на ферму распределенной аэродинамической нагрузки. В
балочныхКСС
конструктивным элементом, воспринимающим изгиб, является плоская (лонжерон) или
пространственная пустотелая (кессон) балка
. В
моноблочном крыле
(оперении) мощная
силовая обшивка
является основным силовым элементом, воспринимающим все виды нагрузок. Работая на растяжение-сжатие, обшивка воспринимает весь изгибающий момент. Конструктивно обшивка несущих поверхностей выполняется однослойной — в виде гладкого (не подкрепленного стрингерами) листа или с достаточно частым продольным подкреплением. Она может быть и многослойной.
Конструкция фюзеляжа типамонокок
(франц.
monocoque
— от греч.
monos
— один, единый и франц.
coque
— скорлупа), или
балочно-обшивочная
(
скорлупно-балочная
), в силовом отношении аналогична моноблочному крылу. Обшивка обычно гладкая, и стрингеры устанавливаются только для соединения отдельных листов обшивки фюзеляжа. Имея достаточно большую собственную жесткость, обшивки в моноблочном крыле и фюзеляже типа монокок практически не требуют поперечного подкрепления, поэтому в таких конструкциях нервюры и шпангоуты устанавливаются только в местах приложения сосредоточенных нагрузок. В
фюзеляжах типаполумонокок
восприятие внешних силовых факторов обеспечивается совместной работой продольных элементов и обшивки. В
стрингерно-балочном фюзеляже(стрингерный полумонокок)
изгибающий момент воспринимается растяжением-сжатием сводов несущей обшивки, подкрепленной стрингерами. В
лонжеронно-балочном фюзеляже(лонжеронный полумонокок)
обшивка, подкрепленная стрингерами, работает только на сдвиг, воспринимая крутящий момент и перерезывающую силу. Изгибающий момент воспринимают продольные балки. Работу такой конструкции под нагрузкой мы рассмотрели ранее (см. раздел 11.1, рис. 11.5). Работа под нагрузкой
кессонного крыла
аналогична работе стрингерно-балочного фюзеляжа и
моноблочного крыла
. От моноблочного кессонное крыло отличается наличием лонжеронов, на которые опираются своды подкрепленной стрингерами несущей обшивки, играющей основную роль в восприятии изгибающего момента. В несущих поверхностях кессонного типа лонжероны, работая на изгиб, воспринимают 20-40% действующего изгибающего момента, остальное воспринимает обшивка. В несущих поверхностях
лонжеронной(лонжеронно-балочной)конструктивно-силовой схемы
весь действующий на конструкцию изгибающий момент воспринимается лонжеронами. Подкрепленная стрингерами обшивка вместе со стенками лонжеронов образует замкнутый контур, работающий на сдвиг и кручение. В зависимости от количества и расположения продольных элементов в конструкции несущих поверхностей приняты определения КСС: однолонжеронное крыло с задней стенкой (работу такой конструкции мы рассмотрели в разделе 11.1, рис. 11.1, 11.2); двухлонжеронное крыло с передней стенкой; трехлонжеронный кессон; многостеночное моноблочное крыло и т. д. Здесь еще раз отметим, что, как и всякая классификация, классификация КСС является весьма условной. Так, моноблочное и кессонное крыло достаточно близки по схеме восприятия и передачи нагрузок, здесь все зависит от распределения материала между обшивкой и продольными элементами, их конструктивного оформления и условий закрепления на опоре (фюзеляже). Условия стыковки крыла с фюзеляжем, собственно, и определяют КСС крыла. Жесткая обшивка и подкрепляющие ее стрингеры способны воспринимать сжимающие и растягивающие нагрузки и в любой конструкции крыла вдали от заделки участвуют (в меру своей несущей способности) в работе крыла на изгиб.

Рис. 11.10. Стыковка лонжеронного крыла с фюзеляжем

Сравните схему работы зоны А со схемой, изображенной на рис. 10.8.

Кессонные и моноблочные крылья обязательно имеют центроплан
1
(рис. 11.11) — расположенную внутри фюзеляжа пустотелую балку (кессон), соединяющую в единую конструкцию левую
2
и правую
3
консоли крыла. На центроплане, силовой набор которого аналогичен силовому набору консолей, силами
N
, сжимающими верхнюю и растягивающими нижнюю панель центроплана, взаимно уравновешиваются изгибающие моменты, действующие на консоли крыла:
Мизг=NH
. На силовые шпангоуты фюзеляжа с крыла через шарнирные узлы крепления передаются только перерезывающая сила
Q
в виде сил
Р1
и
Р2
и крутящий момент
Мкр
в виде пары сил
Р3
:

Q = Р1
+Р2;Мкр=Р3В.
Возможны различные конструктивно-технологические решения взаимной увязки (соединения) таких крыльев с фюзеляжем, например:

Рис. 11.11. Центроплан в конструкции кессонных и моноблочных крыльев и схема передачи сил и моментов с крыла на фюзеляж

— центроплан и консоли выполняются как единое целое и вставляются в нишу
(проем, вырез)
фюзеляжа
для стыковки с силовыми шпангоутами; — в конструкцию фюзеляжа, а консоли стыкуются с центропланом в зоне бортовой нервюры разъемным или неразъемным
контурным стыком
, связывающим по контуру нервюры все силовые элементы консоли (обшивку, стрингер, пояса и стенки лонжеронов) с аналогичными силовыми элементами центроплана. В любом случае основные силовые элементы фюзеляжа, нарушая регулярность его конструктивно-силовой схемы, что требует введения в нее дополнительных силовых элементов — продольных и поперечных
бимсов
(англ.
beams
— множ. число от
beam
— балка, перекладина), силовых рам и шпангоутов, окантовывающих вырез в продольном и поперечном направлениях и увязанных с основной (регулярной) КСС фюзеляжа. Ниши для уборки шасси, грузовые люки, иллюминаторы, люки для монтажа и обслуживания оборудования оказывают существенное, а в некоторых случаях определяющее влияние на КСС несущих и ненесущих частей самолета.
Форма в плане несущих поверхностей
также во многом определяет их КСС. На рис. 11.12 в качестве примера представлены некоторые КСС лонжеронных стреловидных и треугольных крыльев.

Рис. 11.12. КСС стреловидных и треугольных крыльев

Здесь: а)стреловидное крылодвухлонжеронной схемы
, лонжероны расположены по образующим (вдоль размаха) крыла на равных процентах хорд (например, передний — на 20%, задний — на 65%) и крепятся к силовым шпангоутам фюзеляжа моментными узлами. В корневой части такого крыла требуется установка мощных силовых бортовой
1
и корневой
2
нервюр, поскольку плоскости стенок лонжеронов не лежат в плоскостях стенок силовых шпангоутов фюзеляжа и это затрудняет передачу на борт фюзеляжа изгибающего момента с крыла;
б)однолонжеронное стреловидное крыло с подкосной балкой (внутренним подкосом)и задней стенкой 3
. Лонжерон
1
крепится к силовому шпангоуту фюзеляжа шарнирным узлом и не передает на фюзеляж изгибающий момент. Внутренний подкос
2
— это фактически лонжерон, установленный в плоскости силового шпангоута, к которому он крепится моментным узлом, передавая изгибающий момент кратчайшим путем. В такой КСС можно обойтись без установки силовых нервюр в корневой части крыла, что позволяет организовать между лонжероном и подкосом большой вырез (нишу), например на нижней поверхности крыла, для уборки основной стойки шасси.
в)многолонжеронное треугольное крыло
с лонжеронами, идущими по равным процентам хорд (сходящимися к концу крыла);
г)многолонжеронное крылос переломом осей лонжеронов
на силовой нервюре
1
, что позволяет передать на борт фюзеляжа изгибающий момент кратчайшим путем. Необходимость поворота несущих поверхностей (крыло
изменяемой стреловидности,цельноповоротное оперение) привела к разработке разнообразных специфических КСС этих агрегатов. Из всего многообразия возможных КСС и конструктивно-технологических решений в процессе проектирования должны быть выбраны те, которые наилучшим образом удовлетворяют всему комплексу требований, предъявляемых к конструкции ЛА.

Авиадвигатели

Благодаря постоянному совершенствованию авиационных силовых агрегатов продолжается развитие современного самолётостроения. Первые полёты не могли быть длительными и совершались исключительно с одним пилотом именно потому, что не существовало мощных двигателей, способных развить необходимую тяговую силу. За весь прошедший период авиацией использовались следующие типы двигателей самолёта:

Паровые. Принцип работы заключался в преобразовании энергии пара в поступательное движение, передающееся на винт самолёта. Из-за низкого коэффициента полезного действия использовался непродолжительное время на первых авиамоделях;
Поршневые – стандартные двигатели с внутренним сгоранием топлива и передачей крутящего момента на винты. Доступность изготовления из современных материалов позволяет их использование до настоящего времени на отдельных моделях самолётов. КПД представлен не более 55.0%, но высокая надежность и неприхотливость в обслуживании делают двигатель привлекательным;

Поршневой авиадвигатель

Реактивные. Принцип действия основан на преобразовании энергии интенсивного сгорания авиационного топлива в необходимую для полёта тягу. Сегодня такой тип двигателей наиболее востребован в авиастроительстве;
Газотурбинные. Работают по принципу пограничного нагрева и сжатия газа сгорания топлива, направленного на вращение турбинного агрегата. Получили широкое распространение в авиации военного назначения. Используются в самолётах типа Су-27, МиГ-29, F-22, F-35;
Турбовинтовые. Один из вариантов газотурбинных двигателей. Но полученная при работе энергия преобразовывается в приводную для винта самолёта. Небольшая её часть используется для образования реактивной толкающей струи. Применяют, в основном, в гражданской авиации;
Турбовентиляторные. Характеризуются высоким КПД. Применяемая технология нагнетания дополнительного воздуха для полного сгорания топлива обеспечивает максимальную эффективность работы и высокую экологическую безопасность. Такие двигатели нашли своё применение при создании больших авиалайнеров.

Важно! Перечень двигателей, разрабатываемых авиаконструкторами, вышеуказанным перечнем не ограничивается. В разное время неоднократно принимались попытки создавать различные вариации силовых агрегатов. В прошлом веке даже велись работы по конструированию атомных двигателей в интересах авиации. Опытные образцы были опробованы в СССР (ТУ-95, АН-22) и США (Convair NB-36H), но были сняты с испытания в связи с высокой экологической опасностью при авиационных катастрофах.

Шасси

Еще один важный элемент конструкции любого самолета — шасси. Оно служит для передвижения аэроплана по земле или воде при рулении, взлете и посадке.

Шасси может быть колесным, лыжным и поплавковым. Существуют три основные схемы расположения шасси: с хвостовым колесом, с передним колесом и велосипедного типа. В первом случае две главные опоры находятся ближе к передней части, а вспомогательная, хвостовая, — сзади. Во втором случае главные опоры расположены ближе к задней части, а в носовой части находится переднее колесо.

Что касается шасси велосипедного типа, то одна главная опора находится в передней части фюзеляжа, вторая — в задней, а две вспомогательные крепятся обычно на крыльях. Схема расположения лыжного шасси идентична, с той лишь разницей, что вместо колес используются лыжи. А вот с поплавковым шасси все немного по-другому.

Существуют следующие типы гидросамолетов: поплавковые, летающие лодки и самолеты-амфибии.

У поплавковых самолетов две основных схемы расположения шасси: первая — два основных поплавка крепятся по бокам фюзеляжа, вторая — основной поплавок крепится к фюзеляжу, а два вспомогательных — к крыльям.

У летающей лодки роль основного поплавка выполняет сам фюзеляж, имеющий форму лодки, а вспомогательные поплавки крепятся к крыльям.

Самолет-амфибия — это та же летающая лодка, но кроме поплавкового шасси у нее есть убирающееся колесное шасси.

Рассмотрим устройство колесного шасси более подробно.

Шасси современного самолета состоит из:

амортизационной стойки, которая обеспечивает плавность хода при взлете и передвижении самолета по аэродрому, а также смягчает удары при посадке;
бескамерных пневматических колес, снабженных тормозами;
тяг, раскосов и шарниров, которые служат для уборки и выпуска шасси и через которые амортизационные стойки крепятся к крылу.

Для достижения хороших летных характеристик у большинства самолетов шасси после взлета убираются в фюзеляж либо крыло. Исключение составляют небольшие и тихоходные машины. Но даже неубирающиеся шасси закрывают обтекателями для снижения аэродинамического сопротивления.

Органы управления и сигнализации

Посадка самолета на воду

Комплекс бортового оборудования, командные и исполнительные устройства самолёта называют органами управления. Команды подаются из пилотной кабины, а выполняются элементами плоскости крыла, оперением хвоста. На разных типах самолётов используются различные типы систем управления: ручная, полуавтоматическая и полностью автоматизированная.

Органы управления, независимо от типа системы управления, разделяют следующим образом:

Основное управление, включающее в себя действия, отвечающие за регулировку лётных режимов, восстановление продольного баланса самолёта в заранее заданных параметров, они включают:

рычаги, непосредственно управляемые пилотом (штурвал, рули высоты, горизонта, командные панели);
коммуникации для соединения управляющих рычагов с элементами исполнительных механизмов;
непосредственные исполняющие устройства (элероны, стабилизаторы, сполерные системы, закрылки, предкрылки).

Дополнительное управление, используемое при взлётном или посадочном режимах.

При применении ручного или полуавтоматического управления воздушным судном пилота можно считать неотъемлемой частью системы. Только он может проводить сбор и анализ информации о положении самолёта, нагрузочных показателях, соответствии направления полёта с плановыми данными, принимать соответствующее обстановке решение.

Для получения объективной информации о лётной обстановке, состоянии узлов самолёта пилот использует группы приборов, назовем основные:

Пилотажные и используемые для навигационных целей. Определяют координаты, горизонтальное и вертикальное положение, скорость, линейные отклонения. Контролируют угол атаки по отношению к встречному потоку воздуха, работу гироскопических устройств и многие не менее значимые параметры полёта. На современных моделях самолётов объединены в единый пилотажно-навигационный комплекс;
Для контроля работы силового агрегата. Обеспечивают пилота информацией о температуре и давлении масла и авиационного топлива, расход рабочей смеси, количество оборотов коленчатых валов, вибрационный показатель (тахометры, датчики, термометры и подобное);
Для наблюдения за функционированием дополнительного оборудования и авиационных систем. Включают в себя комплекс измерительных приборов, элементы которого размещены практически во всех конструктивных частях самолёта (манометры, указателя расходования воздуха, перепада давления в герметических закрытых кабинах, положения закрылков, стабилизирующих устройств и тому подобное);
Для оценки состояния окружающей атмосферы. Основными измеряемыми параметрами являются температура наружного воздуха, состояние атмосферного давления, влажность, скоростные показатели перемещения воздушных масс. Используются специальные барометры и другие адаптированные измерительные приборы.

Важно! Измерительные приборы, используемые для мониторинга состояния машины и внешней среды, специально разработаны и адаптированы для сложных условий эксплуатации.

Планёр самолёта (фр. planeur ) — конструкция самолета без силовой установки. Состоит из следующих частей: фюзеляж, гондолы двигателей (при наличии таковых), крыло, оперение, киль, шасси.

Современными авиационными специалистами отмечается [1] существенное влияние характеристик планера самолета на весовую эффективность конструкции самолета в целом:

Масса планера составляет основную часть массы конструкции самолета и, следовательно, существенным образом влияет на эффективность самолета. Масса конструкции планера самолета зависит от его назначения и летно-технических характеристик. Так, например, на долю конструкции планера приходится:
25–32% взлетной массы дозвуковых пассажирских магистральных самолетов; 29–31% взлетной массы дозвуковых пассажирских самолетов местных авиалиний; 32–34% взлетной массы спортивно-пилотажных самолетов; 18–28% взлетной массы бомбардировщиков; 28–32% взлетной массы истребителей.

Действующие в настоящее время требования к элементам конструкции планера самолета изложены в Международных авиационных правилах редакции 2004 года [2] .

Источники

↑Шаталовин И.А. "Теоретические и инженерные основы аэрокосмической техники. Тема 3. Элементы конструкции планера самолета". Фонд авиационно-космических технологий, Москва 2003г
↑ Авиационные правила. Москва: Межгосударственный Авиационный Комитет, 2004.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Планер самолёта" в других словарях:

планер-самолёт — сущ., кол во синонимов: 1 • планер самолет (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

планер-самолет — сущ., кол во синонимов: 1 • планер самолёт (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Планер (летательный аппарат) — Планёр во время буксировки Планёр (фр. planeur, от лат. planum плоскость) безмоторный (исключение класс мотопланёров) летательный аппарат тяжелее воздуха, поддерживаемый в полете за счет аэродинамической подъемной силы, создаваемой на крыле… … Википедия

Самолёт вертикального взлёта и посадки (ВВП) — Самолёт вертикального взлета и посадки фирмы McDonnell Douglas, штурмовик AV 8B+ Harrier II Самолёт вертикального взлёта и посадки, общепринятое сокращение СВВП или англ. VTOL Vertical Take Off and Landing самолёт, способный взлетать и садиться … Википедия

Самолёт Болдырева — Фотография Самолёта Болдырева Тип высокоплан Производитель МАИ Главный конструктор А. И. Болдырев … Википедия

Планер Гимли — Планёр Гимли Общие сведения Дата 23 июля 1983 г. Характер Закончилось топливо из за неисправности приборов и ошибки техников Место Авиабаза Гимли, Канада Пункт … Википедия

Планер самолета — Планёр самолёта (фр. planeur) конструкция самолета без силовой установки. Состоит из следующих частей: фюзеляж, гондолы двигателей (при наличии таковых), крыло, оперение, киль, шасси. Современными авиационными специалистами отмечается[1]… … Википедия

Конструкция самолёта — наиболее часто представляет собой планер, состоящий из фюзеляжа, крыла и хвостового оперения, оснащённый двигателем и шасси. Современные самолёты оснащаются также авионикой. Существуют, однако, иные конструктивные схемы современных самолетов. В… … Википедия

Тело самолета, то есть все, что переносится его двигателем, за исключением самого двигателя, в авиации называется планером .

Планер состоит из крыла, фюзеляжа, оперения (стабилизатор и киль) и шасси. Сюда же относят и особый отсек, который часто выходит за пределы крыла или фюзеляжа и предназначается для установки двигателя. Этот отсек называется мотогондолой.

Крыло

Схема распределения воздушных потоков по профилю крыла: 1 — угол атаки; 2 — направление воздушного потока; 3 — хорда крыла; 4 — профиль крыла

Величина этой силы зависит от очень многих факторов, начиная от площади крыла и заканчивая его профилем. Линия, которая соединяет две точки крыла, находящиеся на наибольшем удалении друг от друга, называется хордой крыла. Хорда крыла образует с потоком воздушных частиц, направленных навстречу крылу, особый угол — угол атаки. Его величина в значительной степени влияет на подъемную силу. Чем она больше, тем выше подъемная сила.

Крыло самолета может быть прямым , стреловидным , треугольным , трапециевидным , эллиптическим , с обратной стреловидностью и т. д. Каждое из них имеет свои достоинства и недостатки. Так, прямое крыло характеризуется высоким коэффициентом подъемной силы, но оно непригодно для сверхзвуковых скоростей из-за сильного лобового сопротивления потокам воздуха, а треугольное, отличаясь пониженным лобовым сопротивлением, имеет невысокую несущую способность.

Разновидности крыла самолета: а — прямое; б — стреловидное; в — с наплывом; г — сверхкритическое; д — треугольное; е — трапециевидное; ж — эллиптическое; з — с обратной стреловидностью

Фюзеляж

Тело самолета без крыла, оперения, мотогондолы и шасси называется фюзеляжем. Внутри него находятся экипаж самолета, его оборудование, грузовой или пассажирский отсеки — иными словами, все, что должно подниматься и переноситься на крыле.

Бывают, впрочем, и фюзеляжи, размещенные внутри самого крыла. Такая конструкция называется летающим крылом. Чаще всего фюзеляж представляет собой тело вращения, имеющее осесимметричную форму, которая позволяет достичь наименьшего веса и минимального сопротивления воздушному трению. Конструктивно фюзеляж представляет собой скелет из ребер, обтянутых снаружи тонкостенной оболочкой — обшивкой. На языке науки такая форма называется коробчатой балкой, а вся конструкция — балочной.

Оперение

На фюзеляже размещено оперение, то есть все части, которые обеспечивают устойчивость и управляемость машины в небе. Оперение бывает горизонтальным и вертикальным . Первое придает самолету продольную устойчивость относительно невидимой линии, проведенной через крыло самолета. Оно закрепляется обычно в хвостовой части машины — либо на самом фюзеляже, либо наверху киля. Хотя возможно и расположение оперения в передней части самолета. Такая схема называется уткой.

Шасси

Шасси может быть колесным , лыжным и поплавковым . Существуют три основные схемы расположения шасси: с хвостовым колесом , с передним колесом и велосипедного типа . В первом случае две главные опоры находятся ближе к передней части, а вспомогательная, хвостовая, — сзади. Во втором случае главные опоры расположены ближе к задней части, а в носовой части находится переднее колесо.

Существуют следующие типы гидросамолетов: поплавковые, летающие лодки и самолеты-амфибии.

Рассмотрим устройство колесного шасси более подробно.

Шасси современного самолета состоит из:

амортизационной стойки, которая обеспечивает плавность хода при взлете и передвижении самолета по аэродрому, а также смягчает удары при посадке;
бескамерных пневматических колес, снабженных тормозами;
тяг, раскосов и шарниров, которые служат для уборки и выпуска шасси и через которые амортизационные стойки крепятся к крылу.

Сердце самолета. Виды авиационных двигателей

Двигатель нужен, чтобы поднять самолет в воздух и удерживать его в небе, создавая подъемную силу. Его с полным правом можно назвать сердцем машины.

Все авиационные двигатели делятся на воздушные и ракетные. Первым для приготовления рабочей смеси необходим атмосферный воздух, то есть действовать они могут только в земных условиях. Все требуемое для работы ракетных двигателей имеет на своем борту сам летательный аппарат. Это значит, что работать они могут и в безвоздушном пространстве.

Воздушные двигатели делятся на винтовые и реактивные. У винтового двигателя рабочим органом, заставляющим машину перемещаться по воздуху, служит винт. У реактивного все необходимое для полета находится в корпусе самого двигателя. К винтовым двигателям относятся поршневой и турбовинтовой . Оба поднимают машину в воздух с помощью винта, но отличаются способом, которым заставляют этот винт вращаться.

Поршневой двигатель

Поршневой двигатель — это первый тип двигателя, который начали применять на воздушных судах, не считая, конечно, малоуспешных попыток взлететь с помощью парового мотора. Топливом для поршневого двигателя служит бензин. Полученная на его бензина рабочая смесь (воздух + бензин) подается в корпус цилиндра, где за счет системы зажигания воспламеняется и приводит в движение поршень.

Поршень через шатун, закрепленный подвижно внутри него, воздействует на вал, имеющий особую форму, составленную из многочисленных колен, и потому называемый коленчатым. Коленвал за счет воздействия поршня начинает вращаться.

Вал приводится во вращение через передаточный механизм. Это вращение передается тому самому винту, который заставляет самолет, разбежавшись, подняться над полем аэродрома. Вращаясь, винт создает тягу. Чем мощнее двигатель, тем больше эта тяга.

Самый простой способ повысить мощность двигателя — увеличить число цилиндров. Поэтому конструкторы все время пытались создать как можно более компактные двигатели с максимальным количеством цилиндров.

Однако мотор с наибольшим числом цилиндров можно получить, если разместить их вокруг коленчатого вала наподобие звезды. Двигатели с таким расположением цилиндров называются звездообразными. Количество цилиндров в них доходит до 24. И хотя такие двигатели получались существенно мощнее V-образных, это частично компенсировалось их огромным лобовым сопротивлением, так как площадь фронтального сечения звездообразного двигателя была гораздо большей по сравнению с V-образными. Поэтому во времена поршневой авиации активно применялись и тот и другой типы двигателей.

Турбовинтовой двигатель

Увеличение числа цилиндров, вращающих коленчатый вал, неизбежно ведет к увеличению массы мотора и, соответственно, ухудшению летных характеристик машины. Конструкторы решили эту задачу, разработав турбовинтовой двигатель, который при одинаковой с поршневым двигателем массе выдает гораздо большую мощность. Однако по сравнению с поршневым мотором он неэкономичен и применяется только там, где нужно поднимать в воздух значительный вес или где требуются более высокие скорости. В турбовинтовых двигателях винт приводится во вращение с помощью особого органа — турбины.

Схема устройства турбовинтового двигателя: 1 — входное устройство; 2 — осевой компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — рабочие лопатки турбины; 5 — сопло

Воздушный поток, набегающий в полете на двигатель, попадает в компрессор, где происходит его сжатие. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Воздух и топливо образуют специальную топливовоздушную смесь, которая, сгорая в камере, выпускает горячие газы, воздействующие на турбину. Она приходит во вращение и через редуктор приводит в движение воздушный винт.

Турбовинтовой двигатель проигрывает поршневому в экономичности, но превосходит его по мощности.

Турбореактивный двигатель

Данный двигатель по своему устройству напоминает турбовинтовой. Однако если у последнего подъемная сила создается за счет вращения воздушного винта, то у турбореактивного двигателя — посредством выходящей из сопла газовой струи.

Схема устройства турбореактивного двигателя: 1 — входное устройство; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — турбина; 5 — выходное сопло

Турбореактивный двигатель состоит из тех же частей, что и турбовинтовой: входного устройства, куда поступает встречный воздух; компрессора, где он сжимается; камеры сгорания, куда впрыскиваются частицы топлива и где образуется воздушная смесь.

Горячие газы приводят во вращение газовую турбину, а затем, вырываясь с огромной скоростью из сопла, создают тяговую силу. Такие двигатели позволяют получать большую мощность и скорость, чем турбовинтовые, но в три-четыре раза проигрывают им в экономичности.

Чтобы повысить экономичность, был изобретен двухконтурный турбореактивный двигатель, который теперь повсеместно применяется в пассажирской и транспортной авиации.

Такие двигатели подразделяются на дозвуковые , сверхзвуковые и гиперзвуковые , служащие для создания скоростей, которые в разы превосходят скорость звука. Эти двигатели широко используются в военной авиации.

Реактивный прямоточный двигатель

В этом двигателе встречный воздух, поступающий во входное устройство, затормаживается специальным рабочим телом, что приводит к созданию в камере сгорания большого давления. Через форсунки туда же впрыскивается и топливо, которое нагревает воздух в камере. Заканчивается камера сгорания расширяющимся соплом, вырываясь из которого, воздух создает тяговую силу.

Схема устройства реактивного двигателя: 1 — встречный поток воздуха; 2 — центральное тело; 3 — входное устройство; 4 — топливная форсунка; 5 — камера сгорания; 6 — сопло; 7 — реактивная струя

Такие двигатели подразделяются на дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые, служащие для создания скоростей, которые в разы превосходят скорость звука. Эти двигатели широко используются в военной авиации.

Системы бортового оборудования

Все, что обеспечивает жизнь машины в воздухе и правильность ее поведения в полете — управляемость, безопасность, надлежащие условия для пассажиров и экипажа, исправное выполнение специальных функций, для которых, собственно, машина и создавалась, — называют системами бортового оборудования.

К авиационному оборудованию относится, прежде всего, электрика, в том числе системы энергоснабжения , светотехническое оборудование , системы управления силовыми установками (двигателями машины), системы кондиционирования , автоматические противопожарные средства , противообледенительные системы .

Система энергоснабжения обеспечивает электроэнергией все системы и аппараты машины, питаемые от электричества. В нее входят в первую очередь авиационные генераторы, отличающиеся от аналогичных наземных устройств меньшими размерами и весом.

Затем — преобразователи тока, изменяющие его род и характеристики при подаче к электрическим аппаратам. Аварийными источниками питания, которые применяются при выходе из строя основных, служат аккумуляторные батареи.

Наконец, сами электрические провода и коробки для их разветвления, а также разного рода реле, включающие и выключающие в нужный момент то или иное электрическое устройство.

Светотехническое оборудование самолета подразделяется на внешнее и внутреннее. Первое устанавливается на крыле, фюзеляже, хвостовом оперении. Оно служит для предотвращения столкновения с другими машинами, освещения взлетно-посадочной полосы, подсветки опознавательных знаков на борту и прочее. На консолях крыла, носу и хвосте находятся аэронавигационные огни, обозначающие габарит машины в темноте.

Внутреннее освещение применяется в самом самолете — в кабине пилотов, пассажирских отсеках. Оно же используется для подсветки приборных досок.

К приборному оборудованию самолета относятся устройства, осуществляющие измерения условий полета: атмосферное давление за бортом и высоту машины над землей, скорость полета и число Маха (то есть отношение скорости самолета к скорости звука), скорость ветра за бортом, температуру воздуха и прочее. Все приборы, контролирующие эти показатели, называют аэрометрическими.

Фара для освещения взлетной полосы, применявшаяся в советских летательных аппаратах. На снимке — в убранном положении

Отдельная приборная система следит за работой силовых установок: проверяет температуру и давление в рабочих камерах двигателей, предупреждает о сбоях в управляющих системах. Специальные пилотажно-навигационные приборы сверяют движение машины с заданным курсом.

11.1. Примеры конструктивно-технологических решений

Несущие части самолета (крыло, горизонтальное и вертикальное оперение) в конструктивно-силовом отношении представляют собой тонкостенную пространственную балку, способную воспринимать действующие на нее внешние нагрузки: местную воздушную нагрузку, распределенные и сосредоточенные массовые силы - и передавать их на опору (фюзеляж) посредством внутренних силовых факторов: перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов. Отметим здесь, что в отличие от внутренней перерезывающей силы соответствующая ей внешняя сила называется поперечной. Следовательно, в конструкции несущих частей самолета обязательно должны быть следующие силовые элементы: - обшивка, подкрепленная набором продольных и поперечных элементов, воспринимающая местную воздушную нагрузку; - балка с мощными поясами и тонкими стенками, подкрепленными стойками, передающая перерезывающую силу и изгибающий момент; - тонкостенный замкнутый контур, передающий крутящий момент; - узлы крепления, передающие эти усилия с крыла (горизонтального и вертикального оперения) на опору (фюзеляж). Относительная масса крыла в среднем m_кр=m_кр/m₀=0,08 0,14, что составляет 30-50% массы конструкции планера самолета. Относительная масса оперения в среднем m_оп=m_оп/m₀=0,015 0,025. Рассмотрим конструкцию несущих поверхностей на примере простейшей конструкции крыла (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Простейшая конструкция крыла (пример)

Рис. 11.2. Схема передачи сил и моментов с крыла на фюзеляж

Р₁ + Р₂ = Q; NH = М_изг;

Р₃В = М_кр.

Помня об условности понятий "внешняя нагрузка" и "опорная реакция", можно рассматривать силы Р₁, Р₂ и Р₃ как нагружающие крыло (см. рис. 11.1) сосредоточенные силы, которые с помощью усиленной бортовой нервюры 7, лонжерона 9, стенки 12 и далее с помощью стрингеров и нормальных нервюр "распределяются" по обшивке и уравновешиваются распределенной аэродинамической и массовой нагрузкой. Конструкция других несущих поверхностей строится по тем же принципам, что и конструкция крыла. Ненесущие части самолета (фюзеляж, мотогондолы) в конструктивно-силовом отношении аналогичны крылу. Это тонкостенные пространственные оболочки, нагруженные "внешней" местной нагрузкой на обшивку (аэродинамические нагрузки, избыточное давление в гермокабине, массовые нагрузки от конструкции), которые воспринимают и передают (уравновешивают) внешнюю нагрузку перерезывающими силами, изгибающими и крутящими моментами.

Рис. 11.3. Простейшая конструкция фюзеляжа (пример)

Рис. 11.4. Шпангоуты в хвостовой части фюзеляжа

Рис. 11.5. К пояснению силовой схемы фюзеляжа

Рис. 11.6. Монолитная нервюра

Рис. 11.7. Прессованная панель

Рис. 11.8. Панель с сотовым заполнителем

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Читайте также: